Đề tài Kỹ thuật chuyển mạch mềm

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH 1.1. Một số khái niệm cơ sở 1.1.1. Khái niệm chuyển mạch Chuyển mạch là một quá trình thực hiện đấu nối và chuyển thông tin cho người sử dụng thông qua hạ tầng mạng viễn thông. Nói cách khác, chuyển mạch trong mạng viễn thông bao gồm chức năng định tuyến cho thông tin và chức năng chuyển tiếp thông tin. 1.1.2. Hệ thống chuyển mạch Quá trình chuyển mạch được thực hiện tại các nút mạng, trong mạng chuyển mạch kênh các nút mạng thường được gọi là hệ thống chuyển mạch (Tổng đài), trong mạng chuyển mạch gói thường được gọi là thiết bị định tuyến (Bộ định tuyến). Trong một số mạng đặc biệt, phần tử thực hiện nhiệm vụ chuyển mạch có thể vừa đóng vai trò thiết bị đầu cuối vừa đóng vai trò chuyển mạch và chuyển tiếp thông tin. 1.1.3. Phân loại chuyển mạch Các hệ thống chuyển mạch cấu thành mạng chuyển mạch, ta có hai dạng mạng chuyển mạch cơ bản: Mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói. Tuy nhiên, dưới góc độ truyền và xử lý thông tin, chuyển mạch còn có thể phân thành bốn kiểu: chuyển mạch kênh, chuyển mạch bản tin, chuyển mạch gói và chuyển mạch tế bào. Mạng chuyển mạch kênh thiết lập các mạch (kênh) chỉ định riêng cho kết nối trước khi quá trình truyền thông thực hiện. Như vậy, quá trình chuyển mạch được chia thành 3 giai đoạn phân biệt: thiết lập, truyền và giải phóng. Để thiết lập, giải phóng và điều khiển kết nối, mạng chuyển mạch kênh sử dụng các kỹ thuật báo hiệu để thực hiện như một thành phần bắt buộc. Ngược lại với mạng chuyển mạch kênh là mạng chuyển mạch gói, dựa trên nguyên tắc phân chia các lưu lượng dữ liệu thành các gói tin và truyền đi trên mạng chia sẻ, mỗi gói tin là một thực thể độc lập chứa các thông tin cần thiết cho quá trình xử lý thông tin trên mạng. Các giai đoạn thiết lập, truyền và giải phóng sẽ được thực hiện đồng thời trong một khoảng thời gian và quyết định đường đi được xác lập bởi thông tin trong tiêu đề gói tin. 1.1.4. Kỹ thuật lưu lượng TE Kỹ thuật lưu lượng TE (Traffic Engineering) được coi là một trong những vấn đề quan trọng nhất trong khung làm việc của hạ tầng mạng viễn thông. Mục đích của kỹ thuật lưu lượng là để cải thiện hiệu năng và độ tin cậy của các hoạt động của mạng trong khi tối ưu các nguồn tài nguyên và lưu lượng. Nói cách khác, TE là công cụ sử dụng để tối ưu tài nguyên sử dụng của mạng bằng phương pháp kỹ thuật để định hướng các luồng lưu lượng phù hợp với các tham số ràng buộc tĩnh hoặc động. Mục tiêu cơ bản của kỹ thuật lưu lượng là cân bằng và tối ưu các điều khiển của tải và tài nguyên mạng thông qua các thuật toán và giải pháp kỹ thuật. 1.1.5. Báo hiệu trong mạng viễn thông Báo hiệu sử dụng các tín hiệu để điều khiển truyền thông, trong mạng viễn thông báo hiệu là sự trao đổi thông tin liên quan tới điều khiển, thiết lập các kết nối và thực hiện quản lý mạng. Các hệ thống báo hiệu có thể phân loại theo đặc tính và nguyên tắc hoạt động gồm: Báo hiệu trong băng và báo hiệu ngoài băng, báo hiệu đường và báo hiệu thanh ghi, báo hiệu kênh liên kết và báo hiệu kênh chung, báo hiệu bắt buộc, v v. Các thông tin báo hiệu được truyền dưới dạng tín hiệu điện hoặc bản tin. Các hệ thống báo hiệu trong mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN (Public Switched Telephone Network) được đánh số từ No1-No7. 1.1.6. Mạng tích hợp dịch vụ số băng rộng B-ISDN Mạng tích hợp dịch vụ số băng rộng có nhiệm vụ cung cấp các cuộc nối thông qua chuyển mạch, các cuộc nối cố định hoặc bán cố định, các cuộc nối từ điểm tới điểm hoặc từ điểm tới đa điểm và cung cấp các dịch vụ yêu cầu, các dịch vụ dành trước hoặc các dịch vụ yêu cầu cố định. Cuộc nối trong B-ISDN phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói theo kiểu đa phương tiện, đơn phương tiện, theo kiểu hướng liên kết hoặc phi liên kết và theo cấu hình đơn hướng hoặc đa hướng.

doc39 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 4446 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Kỹ thuật chuyển mạch mềm, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
vụ: Bao gồm các nút chuyển mạch (AMT+IP) và các hệ thống truyền dẫn (SDH, WDM) thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy nhập dưới sự điều khiển của thiết bị điều khiển cuộc gọi thuộc lớp điều khiển. Lớp điều khiển: Bao gồm các hệ thống điều khiển nối cuộc gọi giữa các thuê bao qua việc điều khiển các thiết bị chuyển mạch (AMT+IP) của lớp truyền tải và các thiết bị truy nhập của lớp truy nhập. Lớp điều khiển có chức năng kết nối cuộc gọi thuê bao với lớp ứng dụng/dịch vụ. Các chức năng như quản lý, chăm sóc khách hàng, tính cước cũng được tích hợp trong lớp điều khiển. Lớp ứng dụng/dịch vụ: Cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như dịch vụ mạng thông minh IN (Intelligent Network), trả tiền trước, dịch vụ giá trị gia tăng Internet cho khách hàng thông qua lớp điều khiển … Trong môi trường phát triển cạnh tranh sẽ có rất nhiều thành phần tham gia kinh doanh trong lớp này. Lớp quản lý: Đây là lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp trên. Các chức năng quản lý được chú trọng là: quản lý mạng, quản lý dịch vụ, quản lý kinh doanh. 2.5. Các thành phần của NGN Mối tương quan giữa cấu trúc phân lớp chức năng và các thành phần chính của NGN được mô tả trong hình 2.2. Hình 2.2. Cấu trúc phân lớp và các thành phần chính trong NGN Theo hình 2.2. ta nhận thấy, các thiết bị đầu cuối kết nối đến mạng truy nhập (Access Network), sau đó kết nối đến các cổng truyền thông (Media Gateway) nằm ở biên của mạng trục. Thiết bị quan trọng nhất của NGN là Softswitch nằm ở tâm của mạng trục (hay còn gọi là mạng lõi). Softswitch điều khiển các chức năng chuyển mạch và định tuyến qua các giao thức. Hình 2.3. liệt kê chi tiết các thành phần NGN cùng với các đặc điểm kết nối của nó đến mạng công cộng (PSTN). Hình 2.3. Các thành phần chính trong NGN Thiết bị Softswitch: Là thiết bị đầu não trong mạng NGN. Nó làm nhiệm vụ điều khiển cuộc gọi, báo hiệu và các tính năng để tạo một cuộc gọi trong mạng NGN hoặc xuyên qua nhiều mạng khác (PSTN, ISDN). Softswitch còn được gọi là Call Agent (vì chức năng điều khiển cuộc gọi của nó) hoặc Media Gateway Controller – MGC (vì chức năng điều khiển cổng truyền thông Media Gateway). Thiết bị Softswitch có khả năng tương tác với mạng PSTN thông qua các cổng báo hiệu (Signalling Gateway) và cổng truyền thông (Media Gateway). Softswitch điều khiển cuộc gọi thông qua các báo hiệu, có hai loại chính: Ngang hàng (peer-to-peer): Giao thức giữa Softswitch và Softswitch, giao thức sử dụng là BICC hay SIP. Điều khiển truyền thông: giao tiếp giữa Softswitch và Gateway, giao thức sử dụng là MGCP hay Megaco/H.248. Cổng truyền thông: Nhiệm vụ của cổng truyền thông (MG-Media Gateway) là chuyển đổi việc truyền thông từ một định dạng truyền dẫn này sang một định dạng khác, thông thường là từ dạng mạch (circuit) sang dạng gói (packet), hoặc từ dạng mạch analog/ISDN sang dạng gói. Việc chuyển đổi này được điều khiển bằng Softswitch. MG thực hiện việc mã hóa, giải mã và nén dữ liệu. MG cung cấp phương tiện truyền thông để truyền tải thoại, dữ liệu, fax và hình ảnh giữa mạng truyền thống PSTN và mạng IP. Cổng truy nhập: Cổng truy nhập (AG – Access Gateway) là một dạng của MG. Nó có khả năng giao tiếp với máy PC, thuê bao của mạng PSTN, xDSL và giao tiếp với mạng gói IP qua giao tiếp STM. Trong NGN, cổng truy nhập được điều khiển từ Softswitch qua giao thức MGCP hay Megaco/H.248. Lúc này, lưu lượng thoại từ thuê bao sẽ được đóng gói và kết nối vào mạng trục IP. Cổng báo hiệu: Cổng báo hiệu (Signalling – Gateway – SG) đóng vai trò như cổng giao tiếp giữa mạng báo hiệu số 7 (SS7 – Signalling System 7, giao thức được dùng trong PSTN) và các điểm được quản lý bởi thiết bị Softswitch trong mạng IP. Lưu ý rằng SG chỉ điều khiển SS7, còn MG điều khiển các mạch thoại thiết lập bởi cơ chế SS7. Mạng trục IP: Mạng trục được thể hiện là mạng IP kết hợp công nghệ ATM hoặc MPLS. Vấn đề sử dụng ATM hay MPLS còn đang tách thành hai xu hướng. Các dịch vụ và ứng dụng trên NGN được quản lý và cung cấp bởi các máy chủ dịch vụ (server). Các máy chủ này hoạt động trong mạng thông minh (IN – Intelligent Network) và giao tiếp với mạng PSTN thông qua SS7. 2.6. Phân hệ đa phương tiện IP Một trong các xu hướng hội tụ mạng là xu hướng hội tụ mạng di động và mạng cố định trên nền IP được thực hiện qua phân hệ IMS. Kiến trúc điều khiển chuyển mạch mềm được thực hiện trong phân hệ đa phương tiện IP dựa trên một số giao thức báo hiệu kế thừa từ hệ thống mạng di động và mạng Internet. Trong mục này trình bày khái quát kiến trúc phân hệ IMS và giao thức báo hiệu được ứng dụng trong IMS để điều khiển các cuộc gọi và giữa các phần tử mạng trong hướng tiếp cận này. Ý tưởng chính của IMS là cung cấp dịch vụ Internet mọi nơi, tại mọi thời điểm bằng cách sử dụng công nghệ di động tổ ong. Phát triển phân hệ đa phương tiện IP (IMS) gồm 3 động lực cơ bản: Đẩy mạnh chất lượng dịch vụ; Chính sách cước phí với các dịch vụ IP; Cung cấp dịch vụ tích hợp và hỗ trợ nhà phát triển thứ 3 cung cấp dịch vụ. Phân hệ đa phương tiện IP (IMS) là phần mạng được xây dựng bổ sung cho các mạng hiện tại nhằm thực hiện nhiệm vụ hội tụ mạng cố định và di động để cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho khách hàng đầu cuối. IMS là một phần của kiến trúc mạng thế hệ sau được cấu thành và phát triển bởi tổ chức 3GPP và 3GPP2 để hỗ trợ truyền thông đa phương tiện hội tụ giữa thoại, video, audio với dữ liệu và hội tụ truy nhập giữa 2G, 3G và 4G với mạng không dây. IMS được thiết kế dựa trên SIP cho phép truyền đa phương tiện trên các phương tiện truyền thông qua hạ tầng mạng bất kỳ. 2.7. Các dịch vụ mạng thế hệ sau Mạng viễn thông đang có xu hướng chuyển dần sang mạng thế hệ sau, một loạt các vấn đề được đặt ra như kiến trúc của các mạng, mạng truyền tải, chuyển mạch, … cho mạng thế hệ mới. Các dịch vụ thế hệ mới là một trong những vấn đề quan trọng nhất được đặt ra đối với các nhà cung cấp và khai thác dịch vụ viễn thông. NGN có khả năng cung cấp phạm vi rộng các loại dịch vụ, bao gồm: Các dịch vụ tài nguyên chuyên dụng (như cung cấp và quản lý các bộ chuyển, các cầu nối hội nghị đa phương tiện đa điểm, các thư viện nhận dạng tiếng nói …). Các dịch vụ lưu trữ và xử lý (cung cấp và quản lý các đơn vị lưu trữ thông tin về thông báo, file server, terminal servers, …). Các dịch vụ trung gian – middleware (như môi giới, bảo mật, bản quyền, …). Các dịch vụ ứng dụng cụ thể (như các ứng dụng thương mại, các ứng dụng thương mại điện tử, …). Dưới đây là một số dịch vụ mà chúng ta tin tưởng rằng nó sẽ chiếm một vị trí quan trọng trong NGN Dịch vụ thoại (voice telephony): NGN vẫn cung cấp các loại dịch vụ thoại đang tồn tại. Dịch vụ dữ liệu (data service): Thiết lập kết nối thời gian thực giữa các đầu cuối. Các dịch vụ đa phương tiện (Multimedia services): Cho phép nhiều người dùng có thể tương tác với nhau qua thoại, video, nó cho phép vừa nói chuyện vừa hiển thị thông tin. Mạng riêng ảo (Virtual Private Networks – VPNs): Bản tin hợp nhất (Unified Messaging): Hỗ trợ cung cấp các dịch vụ voicemail, email, fax mail, pages qua các giao diện chung. Thông qua các giao diện như vậy, người sử dụng sẽ truy nhập, cũng như là được thông báo, các loại bản tin khác nhau, độc lập với phương tiện truy nhập. Môi giới thông tin (Information Brokering): Bao gồm tìm kiếm và quảng cáo và cung cấp thông tin đến các khách hàng tương ứng với nhà cung cấp. Thương mại điện tử (E – commerce): Cho phép khách hàng mua hàng hóa, dịch vụ được xử lý bằng điện tử trên mạng. Các dịch vụ chuyển cuộc gọi (Call Center Service): Một thuê bao có thể chuyển một cuộc gọi thông thường đến trung tâm phân phối cuộc gọi bằng cách kích chuột trên một trang web. Cuộc gọi có thể được định đường đến một tác nhân thích hợp. Trò chơi tương tác trên mạng (Interactive Gaming): Cung cấp cho khách hàng một phương thức gặp nhau trực tuyến và tạo ra các trò chơi trực tương tác. Quản lý tại gia (Home manager): Với sự ra đời của các thiết bị thông minh, các dịch vụ này có thể giám sát và điều khiển các hệ thống bảo vệ tại nhà. 2.8. Xu hướng phát triển NGN Để tiến tới mạng NGN mục tiêu, lộ trình chuyển đổi tuqf hạ tầng mạng cũ sang mạng NGN rất khác nhau đối với từng quốc gia, từng nhà khai thác mạng. Nhưng những giai đoạn chuyển dịch được chỉ ra dưới đây được coi là những giai đoạn cơ bản của xu hướng phát triển NGN. Giai đoạn 1: Giải pháp chuyển mạch mềm. Mục tiêu của giai đoạn này là làm giảm giá thành của quá trình phát triển và khai thác mạng, hệ thống chuyển mạch mềm được coi là tâm điểm của NGN và cho phép tách chức năng ứng dụng, điều khiển cuộc gọi và kết nối, cũng như tái sử dụng lại các hệ thống thiết bị trong mạng viễn thông TDM truyền thống, đặc biệt là mạng truy nhập. Giai đoạn 2: Giải pháp IMS. Giai đoạn chuyển dịch tiếp theo giai đoạn sử dụng chuyển mạch mềm là đưa thêm phân hệ báo hiệu dựa trên IP, không chỉ tạo ra các dịch vụ đa phương tiện mới mà còn là phương tiện hội tụ mạng di động và mạng cố định. Giai đoạn 3: Hội tụ trên nền IMS. Giai đoạn này là giai đoạn thay thế các thiết bị đầu cuối truy nhập, các cổng truy nhập để hoàn toàn tương thích với môi trường NGN. Các cổng truy nhập cung cấp các dịch vụ thoại qua mạng IP và được điều khiển bởi các giao thức điều khiển kênh mang. CHƯƠNG III KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH MỀM 3.1. Khái niệm chuyển mạch mềm Chuyển mạch mềm là một khái niệm rộng, theo Hiệp hội chuyển mạch mềm quốc tế ISC (International Softswitch Consortium) đưa ra định nghĩa về chuyển mạch mềm (softswitch) như sau: Chuyển mạch mềm là một thực thể dựa trên phần mềm để cung cấp chức năng điều khiển cuộc gọi. Nó mang lại hai đặc tính then chốt: thực thể phần mềm không phụ thuộc vào phần cứng và chức năng của nó là điều khiển cuộc gọi. Một số nhà phát triển hệ thống đã đưa ra các định nghĩa riêng về chuyển mạch mềm gồm có Nortel, MobileIN, Alcatel, CopperCOM. Mỗi nhà phát triển nhìn nhận chuyển mạch mềm dưới các góc độ khác nhau, các nhà cung cấp nhỏ thường tập trung vào vai trò của Chuyển mạch mềm trong việc thay thế tổng đài nội hạt. Mặc dù chuyển mạch mềm thể hiện rất rõ ưu điểm của mình trong ứng dụng làm tổng đài nội hạt, nhưng các nhà cung cấp thiết bị lớn như (Siemens, Nortel, Alcatel, Cisco …) đã đưa ra các giải pháp chuyển mạch mềm hoàn chỉnh cho cả tổng đài nội hạt và tổng đài chuyển tiếp. Chuyển mạch mềm (Softswitch) trở thành một tên gọi chung cho thực thể có chức năng thực hiện các logic của các phiên giao dịch trong mạng Viễn thông thé hệ mới (NGN) và còn có các tên khác như: Media Gateway Controller (MGC) hay Call Agent, hay có thể hiểu như là một diện mạo mới của hệ thống chuyển mạch điều khiển theo chương trình ghi sẵn SPC (Stored Program Control) trong mạng NGN. Lợi ích của Softswitch đối với các nhà khai thác và người sử dụng: Những cơ hội mới về doanh thu. Thời gian triển khai ngắn. Khả năng thu hút khách hàng. Giảm chi phí xây dựng mạng. Giảm chi phí điều hành mạng và chi phí hoạt động trung bình. Sử dụng băng thông một cách hiệu quả. Quản lý mạng hiệu quả hơn. Cải thiện dịch vụ. Tiết kiệm không gian lắp đặt thiết bị. Môi trường tạo lập dịch vụ mềm dẻo. An toàn vốn đầu tư. 3.2. Kiến trúc cơ sở của chuyển mạch mềm Mặc dù có rất nhiều định nghĩa khác nhau, nhưng ý tưởng mấu chốt của kiến trúc chuyển mạch mềm là tách biệt phần điều khiển với các chức năng phương tiện của các thiết bị chuyển mạch truyền thống (thể hiện trên hình 3.1.). Kiến trúc này tách hoặc phân tán các ứng dụng, điều khiển cuộc gọi và các chức năng truyền tải cảu các hệ thống chuyển mạch truyền thống. Vì vậy, phần cứng chuyển mạch sẽ tách khỏi các chức năng điều khiển, dịch vụ và ứng dụng. Hình 3.1. đã chỉ ra, các thành phần kiến trúc của chuyển mạch mềm gồm có: Softswitch, cổng đa phương tiện MG, cổng báo hiệu và các máy chủ đặc tính/ứng dụng. Sự thông minh của chuyển mạch mềm được tạo ra bởi sự phối hợp các báo hiệu như: báo hiệu điều khiển cuộc gọi, báo hiệu quản lý và điều hành và báo hiệu kênh mang. Hình 3.1. Dịch chuyển từ chuyển mạch truyền thống sang chuyển mạch mềm Hình 3.2. Các thành phần kiến trúc chuyển mạch mềm 3.3. Cấu trúc chức năng của chuyển mạch mềm Để nhận thức rõ về các chức năng của hệ thống chuyển mạch mềm, ta xem xét mô hình các điểm tham chiếu các thực thể chức năng cơ bản trong mạng NGN như thể hiện trên hình 3.3. gồm: 3.3.1. Chức năng điều khiển cổng phương tiện (MGC-F) Được thực hiện bởi thiết bị điều khiển cổng phương tiện MGC (Media Gateway Controller). Đây là một thiết bị rất quan trọng được biết đến như các tên Call Agent, Call controller hay phổ biến nhất là chuyển mạch mềm. Chức năng MGC-F tạo logic dịch vụ và báo hiệu điều khiển cuộc gọi cho MG. Chức năng Call-Agent (CA-F) và Internetworking (IW-F) là các chức năng thuộc MGC-F. CA-F thể hiện khi MGC xử lý điều khiển cuộc gọi hay quản lý trạng thái cuộc gọi. IW-F được thể hiện khi MGC thực hiện chức năng báo hiệu giữa các mạng báo hiệu khác nhau. Hình 3.3. Mô hình tham chiếu các thực thể chức năng Chuyển mạch mềm trong NGN Chức năng điều khiển cổng phương tiện (MGC-F); Chức năng định tuyến cuộc gọi và tính cước (R-F, A-F); Chức năng cổng báo hiệu và chức năng báo hiệu cổng truy nhập; Chức năng Server ứng dụng; Chức năng cổng phương tiện (MG-F); Chức năng Server phương tiện. 3.3.2. Chức năng định tuyến cuộc gọi và tính cước (R-F, A-F) A-F thực hiện nhiệm vụ thu nhập các thông tin phục vụ cho tính cước còn R-F cung cấp thông tin định tuyến cuộc gọi cho MGC-F. Hai chức năng này có các đặc điểm sau: Hai chức năng này thường được tích hợp trong chức năng MGC-F; Cung cấp chức năng định tuyến cho các cuộc gọi cần định tuyến qua liên mạng; Cung cấp khả năng quản lý phiên và di động; Tương tác với AS-F để cung cấp các dịch vụ hay ứng dụng cho khách hàng; Cập nhật các thông tin định tuyến từ bên ngoài. 3.3.3. Chức năng cổng báo hiệu (SG-F) & báo hiệu cổng truy nhập (AGS-F) AGS-F tạo cổng phương tiện cho việc báo hiệu giữa mạng IP và mạng truy nhập dựa trên chuyển mạch kênh. Chức nưng chính của AGS-F là đóng gói và truyền các bản tin báo hiệu V5 hay ISDN, BSSAP, RANAP qua mạng IP. SG-F cung cấp cổng phương tiện cho việc báo hiệu giữa mạng Ipvaf PLMN, PSTN (thường là báo hiệu CCS7). Chức năng chính của SG-F là đóng gói và truyền đi các bản tin báo hiệu số 7 của PSTN (là ISUP hay INAP) hay PLMN (MAP hay CAP) qua mạng IP. Các đặc điểm của SG-F: Đóng gói và truyền các bản tin báo hiệu của mạng PSTN (SS7) (sử dụng giao thức SIGTRAN) tới các MGC-F hay một SG-F khác. Một SG-F có thể thực hiện việc phục vụ cho nhiều MGC-F. Khi SG-F và MGC-F không cài đặt chung thì SG-F thực hiện chức năng giao diện giao thức (như SIGTRAN). Các giao thức ứng dụng của chức năng này gồm: SIGTRAN, TUA, SUA hay M3UA trên SCTP. Các đặc điểm của AGS-F: Đóng gói và truyền các bản tin báo hiệu V5 hoặc ISDN tới MGC-F. Một MGC-F có thể phục vụ cho nhiều AGS-F. Khi AGS-F và MGC-F không được cài đặt chung, AGS-F thực hiện chức năng giao thức giao diện (như SIGTRAN). Các giao thức ứng dụng của chức năng này gồm: SIGTRAN, IUA, V5UA hay M3UA trên SCTP. 3.3.4. Chức năng Server ứng dụng (AS) AS có chức năng chính là cung cấp các logic dịch vụ ứng dụng. Các đặc điểm của AS-F bao gồm: Có thể thay đổi các mô tả về lưu lượng thông qua giao thức mô tả phiên SDF; Điều khiển MS-F khi thực hiện chức năng xử lý lưu lượng; Có các giao diện web và có thể kết nối tới các ứng dụng Web; Có giao diện lập trình ứng dụng để tạo các dịch vụ mới; Giao tiếp với MGC-F hay MS-F; Có thể sử dụng các dịch vụ của MGC-F để điều khiển các nguồn tài nguyên bên ngoài; Các giao thức ứng dụng bao gồm: SIP, MGCP, H248, HTTP, XML; Các giao diện lập trình ứng dụng bao gồm: JAIN và Parlay. Sự kết hợp giữa AS-F và MGC-F tạo ra các năng lực điều khiển các dịch vụ tăng cường như: điện thoại hội nghị, chờ cuộc gọi. Các nhà khai thác thay vì sử dụng một giao diện giữa AS và MGC sẽ dùng một giao diện lập trình ứng dụng. Khi đó AS có một tên gọi khác là máy chủ tính năng. Khi AS-F thực hiện điều khiển logic dịch vụ sẽ có chức năng điều khiển dịch vụ. 3.3.5. Chức năng cổng phương tiện (MG-F) MG giao tiếp với mạng IP thông qua các đường điểm truy nhập hay trung kế mạng, hay MG-F hoạt động như một cổng giao tiếp giữa mạng IP và mạng ngoài (mạng ngoài có thể là mạng PSTN hay PLMN…). MG-F có thể cung cấp các cổng giao tiếp giữa mạng IP và mạng chuyển mạch kênh hay giữa mạng chuyển mạch gói với nhau (IP và 3G và ATM). Các chức năng cơ bản của nó như là: chuyển lưu lượng từ một dạng khung truyền dẫn này sang một dạng khung truyền dẫn khác, thông thường là giữa chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói hay giữa gói IP và gói ATM, … Đặc điểm của MG-F: Duy trì mối quan hệ chủ/tớ với MGC-F thông qua giao thức MGCP hay MEGACO/H248; Có thể thực hiện chức năng xử lý lưu lượng như chuyển mã, loại bỏ tiếng vọng, đóng gói các thông tin thoại qua IP; Có thể thực hiện chèn lưu lượng như tạo âm báo tiến trình cuộc gọi, tạo DTMF; Giám sát và phát hiện sự thay đổi trạng thái của các đầu cuối; Tự phân bổ tài nguyên để thực hiện các chức năng đã nêu trên; Phân tích các con số nhận được từ đầu cuối dựa trên dựa trên kế hoạch đánh số và quay số do MGC gửi tới; Cung cấp cơ chế thay đổi trạng thái và năng lực của các điểm kết cuối; Các giao thức ứng dụng gồm: RTP/RTCP, TDM, H248, MGCP. 3.3.6. Chức năng máy chủ đa phương tiện Đáp ứng các yêu cầu của AS-F và MGC-F về xử lý lưu lượng trên các dòng lưu lượng đóng gói. Thành phần chính của chuyển mạch mềm là bộ điều khiển cổng thiết bị Media Gateway Controller (MGC), ngoài ra còn có các thành phần khác hỗ trợ hoạt động như: Cổng báo hiệu SG, cổng đa phương tiện MG, máy chủ đa phương tiện MS và các máy chủ ứng dụng như đã trình bày ở trên. Trong đó cổng đa phương tiện MG là thành phần nằm trên lớp phương tiện, cổng báo hiệu SG là thành phần ở trên cùng lớp với MGC, MS và AS nằm trên lớp ứng dụng. Các chức năng chính của MGC được thể hiện ở hình 3.4. Hình 3.4. Chức năng của bộ điều khiển cổng đa phương tiện MGC CA-F và IW-F là hai chức năng con của MGC-F. CA-F được kích hoạt khi MGC-F thực hiện điều khiển cuộc gọi. IW-F được kích hoạt khi MGC-F thực hiện các báo hiệu giữa các mạng báo hiệu khác nhau. Thực thể chức năng quản lý liên điều hành có nhiệm vụ liên lạc, trao đổi thông tin giữa các MGC với nhau. Các chức năng chính của MGC gồm: Điều khiển cuộc gọi, duy trì trạng thái mỗi cuộc gọi trên một MG; Điều khiển và hỗ trợ hoạt động của cổng đa phương tiện, cổng báo hiệu; Trao đổi các bản tin cơ bản giữa hai MG-F; Xử lý bản tin SS7 (khi sử dụng SIGTRAN); Xử lý bản tin liên quan QoS; Phát hoặc nhận bản tin báo hiệu; Định tuyến: gồm bản tin định tuyến, phân tích số và dịch số; Tương tác với AS-F để cung cấp dịch vụ hay đặc tính cho người dùng; Có thể quản lý các tài nguyên mạng (cổng, băng tần). Các giao thức của MGC thường được sử dụng phân theo chức năng gồm: Thiết lập cuộc gọi: H.323, SIP; Điều khiển phương tiện: MGCP, MEGACO/H248; Truyền thông tin: RTP, RTCP; Truyền tải báo hiệu: SIGTRAN (SS7). 3.4. Quá trình xử lý cuộc gọi trong chuyển mạch mềm Bước 1: Khi có một thuê bao nhấc máy (thuộc PSTN) và chuẩn bị thực hiện cuộc gọi thì tổng đài nội hạt quản lý thuê bao đó sẽ nhận biết trạng thái nhấc máy của thuê bao. SG nối với tổng đài này thông qua mạng SS7 cũng nhận biết được trạng thái mới của thuê bao. Bước 2: SG sẽ báo cho MGC trực tiếp quản lý mình thông qua CA-F, đồng thời cung cấp tín hiệu mời quay số cho thuê bao. Ta gọi MGC này là MGC chủ gọi. Bước 3: MGC chủ gọi gửi yêu cầu tạo kết nối đến MG nối với tổng đài nội hạt ban đầu nhờ MGC-F. Bước 4: Các con số quay số của thuê bao sẽ được SG thu và chuyển tới MGC chủ gọi. Bước 5: MGC chủ gọi sử dụng những số này để quyết định công việc tiếp theo sẽ thực hiện. Cụ thể: các số này sẽ được chuyển tới chức năng R-F, R-F sử dụng thông tin lưu trữ của các máy chủ để có thể định tuyến cuộc gọi. Trường hợp đầu cuối đích cùng loại với đầu cuối gọi đi (tức đều là thuê bao PSTN): Nếu thuê bao bị gọi cùng thuộc MGC chủ gọi, tiến trình theo bước 7. Nếu thuê bao này thuộc sự quản lý của một MGC khác, tiến trình theo bước 6. Bước 6: MGC chủ gọi sẽ gởi yêu cầu thiết lập cuộc gọi đến một MGC khác. Nếu chưa đến đúng MGC của thuê bao bị gọi (ta gọi là MGC trung gian) thì MGC này sẽ tiếp tục chuyển yêu cầu thiết lập cuộc gọi đến MGC khác cho đến khi đến đúng MGC bị gọi. Trong quá trình này, các MGC trung gian luôn phải phản hồi lại MGC đã gởi yêu cầu đến nó. Các công việc này được thực hiện bởi CA-F. Bước 7: MGC bị gọi gởi yêu cầu tạo kết nối với MG nối với tổng đài nội hạt của thuê bao bị gọi (MG trung gian). Bước 8: Đồng thời MGC bị gọi gởi thông tin đến SG trung gian, thông qua mạng SS7 để xác định trạng thái của thuê bao bị gọi. Bước 9: Khi SG trung gian nhận được bản tin thông báo trạng thái cảu thuê bao bị gọi (giả sử là rỗi) thì nó sẽ gởi ngược thông tin này trở về MGC bị gọi. Bước 10: MGC bị gọi sẽ gởi phản hồi về MGC chủ gọi để thông báo tiến trình cuộc gọi. Bước 11: MGC bi gọi gởi thông tin để cung cấp tín hiệu hồi âm chuông cho MGC chủ gọi, qua SG chủ gọi đến thuê bao chủ gọi. Bước 12: Khi thuê bao bị gọi nhấc máy thì quá trình thông báo tương tự như các bước trên: qua nút báo hiệu số 7, qua SG trung gian đến MGC bị gọi, rồi đến MGC chủ gọi, qua SG chủ gọi rồi đến thuê bao thực hiện cuộc gọi. Bước 13: Kết nối giữa thuê bao chủ gọi và thuê bao bị gọi được hình thành thông qua MG chủ gọi và MG trung gian. Bước 14: Khi kết thúc cuộc gọi thì quá tình sẽ diễn ra tương tự như thiết lập cuộc gọi. 3.5. Báo hiệu điều khiển trong chuyển mạch mềm Hình 3.5. Quan hệ báo hiệu điều khiển cuộc gọi và báo hiệu kênh mang Mục 3.2. đã trình bày về cấu trúc chức năng của chuyển mạch mềm, các chức năng phương tiện thường trú trong MG và các chức năng điều khiển trong Softswitch. Báo hiệu điều khiển cuộc gọi sử dụng giữa các thiết bị chuyển mạch mềm để thiết lập cuộc gọi, sửa đổi và giải phóng các phiên đa phương tiện. Báo hiệu điều khiển kênh mang sử dụng để tạo, sửa đổi và xóa các luồng đa phương tiện. Thực tế, báo hiệu kênh mang được sử dụng giữa chuyển mạch mềm và các cổng đa phương tiện MG. Hình 3.5. chỉ ra quan hệ giữa báo hiệu điều khiển cuộc gọi và báo hiệu kênh mang. 3.5.1. Báo hiệu điều khiển cuộc gọi Hai giao thức báo hiệu điều khiển cuộc gọi được sử dụng trong chuyển mạch mềm là bộ giao thức H.323 và giao thức khởi tạo phiên cuộc gọi SIP. H.323 không chỉ là giao thức báo hiệu cuộc gọi mà còn là bộ giao thức và kiến trúc khung làm việc cho truyền thông đa phương tiện. Trong khi đó, giao thức khởi tạo phiên SIP đơn thuần chỉ là giao thức báo hiệu cuộc gọi. * Bộ giao thức H.323 H.323 mô tả các thành phần logic chủ yếu của truyền thông đa phương tiện và mô tả cách thức các thành phần truyền thông với nhau. Kiến trúc logic của bộ giao thức H.323 được ứng dụng cho mạng viễn thông gồm một số vùng. Một vùng gồm ít nhất một bộ điều khiển cổng Gatekeeper và ít nhất một thiết bị đầu cuối hoặc có thể chứa cổng phương tiện hoặc các đơn vị điều khiển đa điểm MCU (Multipoint Control Unit). Một vùng được quản lý và điều khiển bởi Gatekeeper, Gatekeeper thực hiện các nhiệm vụ sau: Biên dịch địa chỉ: Tất cả các thiết bị trong H.323 đều có địa chỉ mạng để nhận dạng. Thông thường, trong môi trường IP, địa chỉ mạng là địa chỉ IP và được biểu diễn dưới dạng URL. Tuy nhiên, H.323 cũng có khả năng sử dụng địa chỉ đánh số theo E.164. Gatekeeper biên dịch các địa chỉ như URL hay E.164 sang địa chỉ IP. Điều khiển quản trị: Trong một mạng H.323, tại một điểm cuối (đầu cuối hoặc cổng phương tiện) phải yêu cầu truy nhập mạng trước khi xử lý cuộc gọi, yêu cầu này thường là băng thông được sử dụng bởi điểm cuối. Gatekeeper có thể chấp thuận hoặc từ chối yêu cầu dựa trên yêu cầu và trạng thái hiện thời của mạng. Quản lý băng thông: Mặc dù băng thông đã được khởi tạo qua điều khiển quản trị, các yêu cầu băng thông có thể thay đổi trong khi cuộc gọi đang tiến hành. Gatekeeper cũng chịu trách nhiệm thay đổi băng thông ngay cả khi cuộc gọi đang tiến hành. Ngoài ra, Gatekeeper có thể cung cấp báo hiệu điều khiển cuộc gọi thông qua thành phần chịu trách nhiệm định tuyến các bản tin cuộc gọi giữa H.323 và điểm cuối. Gatekeeper có thể xử lý các thông tin duy trì và quản lý cuộc gọi đang hoạt động để quản lý băng thông hoặc tái định tuyến cuộc gọi tới điểm cuối khác nhằm cân bằng tải. Gatekeeper có thể là một thiết bị đứng độc lập hoặc là một phần của MCU hoặc cổng phương tiện trong mạng. Nói cách khác, Gatekeeper được coi là thành phần chuyển mạch mềm trong H.323. Các đầu cuối và cổng đa phương tiện trong kiến trúc H.323 thường được coi là điểm cuối khi chúng là các điểm đầu cuối của các kết nối báo hiệu. Các thiết bị đầu cuối trong H.323 được yêu cầu hỗ trợ các giao thức sau: Giao thức báo hiệu cuộc gọi H.225 để thiết lập và giải phóng cuộc gọi, quản lý trạng thái cuộc gọi. Giao thức báo hiệu điều khiển H.245 để trao đổi khả năng đầu cuối và tạo các kênh phương tiện. Giao thức truyền tải thời gian thực RTP (Real-time Transport Protocol) và giao thức điều khiển thời gian thực RTCP (Real-time Transport Control Protocol) để điều khiển và truyền tải luồng phương tiện. Các thiết bị đầu cuối H.323 cũng hỗ trợ các bộ mã hóa và giải mã audio/video, các giao thức truyền dữ liệu và khả năng MCU. Một cổng phương tiện MG được sử dụng để kết nối giữa các mạng khác nhau, thường là PSTN và H.323. Nó cung cấp chức năng biên dịch các giao thức điều khiển cuộc gọi như H.225/H.245 và báo hiệu số 7. Cổng phương tiện MG có thể cùng tồn tại với Gatekeeper và/hoặc MCU trong một thiết bị về phương diện vật lý. MCU cung cấp chức năng hội nghị cho các điểm cuối, các điểm cuối tham gia phiên hội nghị phải thiết lập kết nối tới MCU, MCU quản lý tài nguyên hội nghị và thỏa thuận giữa các điểm cuối về phương pháp mã hóa sử dụng trong phiên. MCU có thể đứng độc lập hoặc nằm trong một đầu cuối, cổng phương tiện hoặc Gatekeeper. Ba kiểu báo hiệu được mô tả trong chồng giao thức H.323 gồm có: Báo hiệu RAS, báo hiệu cuộc gọi và báo hiệu điều khiển. H.255 chịu trách nhiệm báo hiệu RAS và báo hiệu cuộc gọi, H.245 chịu trách nhiệm báo hiệu điều khiển. Báo hiệu RAS, báo hiệu cuộc gọi và báo hiệu điều khiển được chuyển trên các kênh báo hiệu tách biệt với tuyến dữ liệu. Báo hiệu RAS cung cấp chức năng điều khiển trước khi xử lý cuộc gọi, kênh RAS được thiết lập giữa điểm cuối và Gatekeeper tại thời điểm khởi tạo cuộc gọi, báo hiệu RAS được truyền trên UDP và gồm 6 bước sau: Phát hiện Gatekeeper: Phát hiện Gatekeeper được sử dụng bởi điểm cuối H.323 để xác định Gatekeeper của điểm cuối sẽ phải đăng ký. Bước này có thể thể thực hiện theo kiểu tĩnh hoặc động tùy thuộc vào điểm cuối có biết rõ địa chỉ của Gatekeeper hay không. Đăng ký: Đăng ký là một bước cho phép các điểm cuối và MCU tham gia vào một vùng, thông tin tới Gatekeeper các địa chỉ mạng của chúng. Bước đăng ký tiếp ngay sau tiến trình phát hiện Gatekeeper. Định vị điểm cuối: Định vị điểm cuối là một tiến trình trong đó Gatekeeper biên dịch địa chỉ URL hoặc E.164 sang địa chỉ IP. Bước này được bắt đầu khi một điểm cuối muốn truyền thông với một điểm cuối cụ thể khác. Quản trị: Gatekeeper trao quyền truy nhập cho các điểm cuối tới mạng H.323 thông qua các tác vụ chấp thuận hoặc từ chối yêu cầu. Giám sát trạng thái: Một Gatekeeper có thể sử dụng RAS để duy trì thông tin trạng thái từ điểm cuối. Quản lý băng thông: Báo hiệu RAS thực hiện điều khiển và quản lý băng thông trong quá trình xử lý cuộc gọi khi điểm cuối yêu cầu tăng hoặc giảm băng thông. Báo hiệu H.255 là kiểu báo hiệu tương thích với báo hiệu Q.931 của SS7 và báo hiệu Q.932 thông qua một kênh tin cậy dựa trên giao thức TCP. Phần báo hiệu Q.931 của H.255 gồm các thủ tục và bản tin để kết nối, duy trì và ngắt cuộc gọi. Q.932 được sử dụng để cung cấp các dịch vụ bổ sung. Các bản tin H.255 được trao đổi trực tiếp giữa các điểm cuối hoặc sau khi được Gatekeeper định tuyến tới điểm cuối. Báo hiệu H.245 xử lý báo hiệu điều khiển giữa các điểm cuối của H.323. H.245 tạo ra các kênh logic cho truyền dẫn đa phương tiện theo kiểu đơn hướng. H.245 hỗ trợ quá trình xử lý trao đổi khả năng của các điểm cuối và điều khiển luồng giữa các điểm cuối. * Giao thức khởi tạo phiên SIP SIP được xây dựng bởi IETF, là một giao thức báo hiệu điều khiển thuộc lớp ứng dụng dùng để thiết lập, điều chỉnh và kết thúc phiên làm việc của một hay nhiều người tham gia. SIP là một giao thức đơn giản. SIP chạy trên một giao thức lớp truyền tải bất kỳ. Ví dụ TCP, UDP và giao thức truyền tải điều khiển luồng SCTP (Stream Control Transmission Protocol). SIP là giao thức kiểu chủ tớ dựa trên mã hóa text. SIP có các chức năng chính sau: Xác định vị trí của người sử dụng (User location): Hay còn gọi là chức năng dịch tên (name translation) và xác định người được gọi. Để đảm bảo cuộc gọi đến được người nhận dù họ ở đâu. Xác định khả năng của người sử dụng: Còn gọi là chức năng thương lượng đặc tính cuộc gọi (Feature negotiation). Dùng để xác định loại thông tin và các loại thông số liên quan đến thông số sẽ được sử dụng. Xác định sự sẵn sàng của người sử dụng: Dùng để xác định người gọi có muốn tham gia kết nối không. Thiết lập cuộc gọi: Chức năng này thực hiện việc rung chuông, thiết lập các thông số cuộc gọi của các bên tham gia kết nối. Xử lý cuộc gọi: Bao gồm chuyển và kết thúc cuộc gọi, quản lý những người tham gia cuộc gọi. Các thành phần của SIP: có 3 thành phần SIP terminal, SIP servers và SIP Gateway. Hình 3.6. Các thành phần của hệ thống SIP SIP terminal: Giao tiếp người sử dụng với hệ thống SIP, đó có thể là các SIP phone, phần mềm SIP. SIP servers: Thực hiện các chức năng của hệ thống SIP trong mạng như điều khiển, quản lý cuộc gọi, trạng thái người dùng … SIP gateway: Các gateway thực hiện chức năng Interworking giữa hệ thống SIP với các mạng khác. 3.5.2. Báo hiệu điều khiển kênh mang Báo hiệu điều khiển kênh mang được thiết lập giữa các chuyển mạch mềm và cổng đa phương tiện MG. Chuyển mạch mềm đóng vai trò bộ điều khiển cổng đa phương tiện MGC và điều khiển tới các MG gắn với nó. Báo hiệu kênh mang còn được gọi là báo hiệu điều khiển cổng phương tiện. Giao thức báo hiệu điều khiển cổng phương tiện điển hình được sử dụng trong mạng chuyển mạch mềm là báo hiệu MEGACO/H.248. MEGACO/H.248 là giao thức điều khiển kiểu chủ/tớ. Các chuyển mạch mềm/MGC đóng vai trò chủ và các cổng phương tiện đóng vai trò tớ. Giao thức MEGACO/H.248 không gắn chặt với bất kỳ một giao thức báo hiệu điều khiển cuộc gọi nào và vì vậy nó có thể liên điều hành được với cả H.323 và SIP. MEGACO/H.248 sử dụng mô hình kết nối logic để điều khiển tài nguyên của một MG gắn với chuyển mạch mềm. Hai thành phần cơ bản của mô hình này là kết cuối và các context. Kết cuối (Termination) là nguồn hoặc tải của các luồng đa phương tiện, biểu diễn cho luồng dữ liệu đi vào hoặc đi ra MG. Kết cuối có định danh duy nhất được MG gán trong phiên và gốm có hai loại: Loại tạm thời và loại vĩnh viễn. Loại tạm thời là loại chỉ được tạo ra khi có nhu cầu và chỉ tồn tại trong phiên. Loại vĩnh viễn được tạo ra khi MG khởi tạo và thường là các cổng trên MG. Context là mô hình mô tả kết nối giữa các kết cuối. Context được sử dụng với mục đích chia sẻ phương tiện và/hoặc gắn thông tin điều khiển giữa các kết cuối. Một context được tạo ra khi kết cuối được khởi tạo cuộc gọi gắn vào luồng dữ liệu và được kết cuối đích loại bỏ, một kết cuối luôn phụ thuộc duy nhất một context trong một phiên kết nối. CHƯƠNG IV CÁC ỨNG DỤNG CỦA CHUYỂN MẠCH MỀM 4.1. Ứng dụng làm cổng báo hiệu SG Ứng dụng này nhằm vào các nhà khai thác dịch vụ thoại cạnh tranh, những doanh nghiệp đang tìm kiếm một giải pháp giá thành thấp thay cho chuyển mạch kênh truyền thống để cung cấp giao diện tốc độ cơ sở cho các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) phục vụ các đường truy nhập dial-up. Sự bùng nổ truy nhập Internet (qua đường dial-up) và khuynh hướng của các ISP muốn kết nối các Modem Server của họ với các luồng trung kế tốc độ cơ sở (PRI) làm cho các nhà cung cấp dịch vụ nhanh chóng cạn hết cổng PRI hiện có. Bên cạnh việc làm cạn kiệt các kênh PRI, lưu lượng truy cập Internet qua đường dial-up làm quá tải và tắc nghẽn cho mạng chuyển mạch kênh. Bởi vì chuyển mạch kênh vốn được thiết kế để phục vụ các cuộc gọi có độ dài trung bình khoảng 3 phút, nên khoảng thời gian trung bình tăng thêm do truy cập Internet lớn hơn rất nhiều nên có xu hướng làm suy kiệt tài nguyên tổng đài, tăng số lượng cuộc gọi không thành công. Và để duy trì chất lượng thoại cho các khách hàng sử dụng dịch vụ điện thoại thực, các nàh khai thác phải chọn một trong hai phương án: mua thêm tổng đài, hoặc cung cấp cho các ISP các kênh PRI có lưu lượng tải thấp; cả hai phương án này đều tương đương nhau về mặt đầu tư. Hình 4.1. Ứng dụng làm cổng báo hiệu SS7 của chuyển mạch mềm Hình 4.1. minh họa mô hình mạng hiện nay của các nhà khai thác tổng đài nội hạt, nó cho thấy các kênh PRI phục vụ thông tin thông thường và phục vụ các ISP là như nhau. Và bởi vì phần lớn thuê bao Internet nằm ở phía thiết bị của nhà khai thác cấp cao hơn nên phần lớn lưu lượng số liệu từ modem sẽ đi qua các kênh kết nối giữa thiết bị của nhà khai thác cấp cao và nhà khai thác cạnh tranh, hơn nữa không có sự phân biệt giữa lưu lượng thoại và lưu lượng số liệu Internet, điều đó dẫn đến tình trạng chuyển mạch của nhà khai thác cạnh tranh trở thành một “nút cổ chai” trên mạng. Modem vẫn sẽ là phương tiện thông dụng để kết nối Internet trong một thời gian nữa, thực tế đó đòi hỏi các nhà khai thác tìm ra một giải pháp kinh tế cung cấp kênh PRI cho các ISP và chuyển các kênh PRI họ đang dùng cho các khách hàng điện thoại truyền thống. Ứng dụng chuyển mạch mềm làm SG là một trong những giải pháp trong tình huống này. Như phần bên phải của hình trên cho thấy, MGC và MG được đặt ở trung kế liên tổng đài giữa nhà khai thác cấp cao và nàh khai thác cạnh tranh. Chuyển mạch kênh kết nối với MG bằng giao diện TDM chuẩn còn liên lạc với MGC thông qua báo hiệu số 7. Các modem Servers của ISP vì thế sẽ được chuyên sang kết nối với MG, giải phóng các luồng PRI cho chuyển mạch kênh TDM truyền thống. Khi cuộc gọi Internet (dial-up) hướng tới ISP từ phía tổng đài cấp cao, nó sẽ đi qua trung kế tới MG rồi được định hướng tới ISP từ phía tổng đài cấp cao, nó sẽ đi qua trung kế tới MG rồi được định hướng trực tiếp tới modem servers mà không qua chuyển mạch kênh như trước. Các cuộc gọi thoại vẫn diễn ra như bình thường. Bên cạnh việc cung cấp các kênh PRI giá thành thấp, chịu được các cuộc gọi thời gian trung bình lauu hơn so với trước đây, ứng dụng SS7 PRI Gateway còn có khả năng cung cấp các dịch vụ mới VoIP. 4.2. Ứng dụng cho tổng đài Tandem 4.2.1. Giảm tải các tổng đài chuyển tiếp Ứng dụng Tandem hướng vào các nhà cung cấp dịch vụ thoại truyền thống với mong muốn giảm vốn đầu tư và chi phí điều hành các tổng đài quá giang chuyển mạch kênh hiện nay, ngoài ra còn cung cấp các dịch vụ mới về số liệu. Giải pháp chuyển mạch TDM hiện nay đang bộc lộ dần nhược điểm trước nhu cầu ngày càng tăng nhưng rất thất thường của lưu lượng thông tin thoại nội hạt (phát sinh do truy nhập Internet), vô tuyến và đường dài. Hình 4.2. Ứng dụng làm tổng đài Tandem Hình 4.2. cho thấy một mạng tổng đài TDM cấp thấp nhất (lớp 5, tổng đài nội hạt, MSC của mạng di động …) được nối với nhau và nối tới tổng đài chuyển tiếp cấp cap hơn (lớp 3, 4) bằng một mạng lưới trung kế điểm – điểm khá phức tạp. Khi một cuộc gọi diễn ra giữa hai tổng đài cấp thấp, thông tin sẽ đi trên trung kế nối trực tiếp giữa hai tổng đài, nếu đường nối trực tiếp đã sử dụng hết, cuộc gọi có thể được định tuyến thông qua tổng đài chuyển tiếp. Một số cuộc gọi (Ví dụ như truy nhập hộp thoại hay quay số bằng giọng nói) lại được định tuyến trực tiếp tới tổng đài chuyển tiếp để sử dụng các tài nguyên tập trung phục vụ cho các dịch vụ cao cấp. Kiến trúc này đã được sử dụng nhiều năm nay, và cũng đã được cải tiến rất nhiều nhằm phục vụ các ứng dụng thoại, tuy nhiên vẫn có một số giới hạn như sau: Chi phí điều hành và bảo dưỡng cao, mất thời gian; việc định lại cấu hình và nâng cấp mạng lưới phải thiết lập mạng lớn hơn nhu cầu thực tế cho các tổng đài chuyển tiếp. Ví dụ, khi một tổng đài nội hạt được thêm vào mạng lưới, phải xây dựng các nhóm trung kế từ tổng đài đó tới tổng đài chuyển tiếp và tới một số tổng đài nội hạt khác. Các trung kế điểm – điểm hoạt động với hiệu suất không cao vì chúng được thiết kế để hoạt động được tong các vùng của mạng (ví dụ ở khu doanh nghiệp là ban ngày còn khu dân cư lại là ban đêm). Nếu có nhiều tổng đài chuyển tiếp trong mạng, mỗi tổng đài đó lại nối với một nhóm các tổng đài nội hạt, cuộc gọi có thể chuyển qua nhiều tổng đài chuyển tiếp để đến được nơi lưu giữ tài nguyên mạng (như trong trường hợp dịch vụ hộp thư thoại). Tất nhiên là sẽ có giải pháp cho vấn đề này. Softswitch là một trong những giải pháp như vậy. Trong hình 4.2. phía bên phải cho thấy softswitch cùng với các MG thay thế chức năng của các tổng đài chuyển tiếp chuyển mạch kênh trước đây, các tổng đài nội hạt kết nối tới các cổng đa phương tiện bằng giao diện chuẩn TDM thông thường và với softswitch bằng báo hiệu số 7. Mô hình này mạng có một số lợi ích so với mô hình mạng chuyển mạch kênh: Loại bỏ lưới trung kế hoạt động hiệu suất không cao, thay thế chúng bằng các đường dẫn tốc độ cao trong mạng IP/ATM phục vụ cho các cuộc gọi cần chuyển tiếp, giảm tải cho các tổng đài chuyển tiếp truyền thống hoặc loại bỏ chúng hoàn toàn. Giảm được chi phí vận hành vì giảm được số tổng đài chuyển tiếp, số trung kế ít hơn (so với mạng lưới trước đây), và tránh không phải thiết kế các mạch TDM phức tạp. Giảm được một số lượng các cổng chuyển mạch dùng cho các trung kế giữa các tổng đài nội hạt với nhau. Truy nhập các tài nguyên tập trung một cách hiệu quả hơn. Hợp nhất thông tin thoại và số liệu váo một mạng duy nhất, qua đó giảm vốn đầu tư và chi phí so với các mạng riêng biệt hiện nay cho thoại và số liệu. 4.2.2. Dịch vụ đường dài Dịch vụ này hướng tới các nàh cung cấp dịch vụ điện thoại đường dài đang mong muốn có một giải pháp giá thành thấp hơn so với phương pháp chuyển mạch kênh truyền thống để cung cấp các dịch vụ gọi đường dài trong nước và quốc tế. Giải pháp sử dụng softswitch cùng với MG có thể cung cấp dịch vụ thoại đường dài một cách hiệu quả. Các nhà khai thác nối tổng đài của họ với MG thông qua giao diện TDM chuẩn, còn nối với softswitch qua giao diện báo hiệu số 7. Các tổng đài PBX cũng được nối tới MG thông qua giao diện ISDN PRI. Tùy thuộc yêu cầu cảu nhà khai thác, softswitch có thể cung cấp nhiều loại dịch vụ thoại đường dài khác nhau, ví dụ như: bán lại dịch vụ (resale), dịch vụ gọi quốc tế từ tổng đài PBX, dịch vụ thoại giữa các thuê bao trong các tổng đài PBX với nhau, hay dịch vụ đường dài cung cấp cho các nhà khai thác cấp thấp hơn. 4.3. Ứng dụng trong công nghệ VoIP Trong lộ trình tiến tới NGN, tiếp cận hội tụ các dịch vụ trên nền mạng IP được coi là chiến lược cho mạng hội tụ. Công nghệ truyền thoại qua IP được đánh giá là công nghệ có khá nhiều điểm lợi thế khi hạ tầng mạng viễn thông chưa chuyển đổi hoàn toàn sang mạng gói. VoIP là công nghệ được xây dựng trên mô hình H.323 là mô hình hỗ trợ truyền thông đa phương tiện trên nền mạng gói, mô hình này bao gồm cả các phần tử thuộc tiêu chuẩn H.323 quy định và các mạng khác như PSTN, ISDN và mạng di động như chỉ ra trong hình 4.3. Hình 4.3. Kết nối các phần tử trong mạng VoIP Chuyển mạch mềm được ứng dụng trong công nghệ VoIP thể hiện qua các thành phần chức năng sau: Gateway GW và Gatekeeper. Gateway (GW) GW một điểm cuối trong mạng thực hiện các chức năng chuyển đổi về báo hiệu và dữ liệu, cho phép các mạng hoạt động dựa trên các giao thức khác nhau có thể phối hợp với nhau. Trong mạng VoIP, Gateway H.323 cho phép kết nối mạng VoIP với các mạng khác. Nó cung cấp các khả năng truyền thông thời gian thực và song hướng giữa các đầu cuối H.323 trong mạng gói với các đầu cuối trong mạng khác hay với các Gateway khác. Trong khuyến nghị H.323, Gateway H.323 là một phần tử tùy chọn và được sử dụng như là một cầu nối giữa các đầu cuối H.323 với các đầu cuối H.310 (cho B-ISDN), H.320 (ISDN), H.321 (ATM), H.324M (Mobile). Các chức năng chính của Gateway gồm: Cung cấp phiên dịch giữa các thực thể trong mạng chuyển gói (mạng IP) với mạng chuyển mạch kênh (PSTN). Các Gateway cũng có thể phiên dịch khuôn dạng truyền dẫn, phiên dịch các tiến trình truyền thông, phiên dịch giữa các bộ mã hóa/ giải mã hoặc phiên dịch giữa các đầu cuối theo chuẩn H.323 và các đầu cuối không theo chuẩn này. Ngoài ra, nó còn tham gia vào việc thiết lập và hủy bỏ cuộc gọi. Các thành phần cảu một Gateway gồm Cổng đa phương tiện MG, bộ điều khiển MG và cổng báo hiệu SG được mô tả trong hình 4.4. Cổng đa phương tiện MG cung cấp phương tiện để thực hiện chức năng chuyển đổi mã hóa. Nó chuyển đổi giữa các mã truyền trong mạng IP (truyền trên RTP/UDP/IP) với mã hóa truyền trong mạng chuyển mạch kênh (PCM, GSM). Hình 4.4. Chức năng cơ bản của Gateway H.323 MGW bao gồm các chức năng sau: Chức năng chuyển đổi địa chỉ kênh thông tin: cung cấp địa chỉ IP cho các kênh thông tin truyền và nhận. Chức năng chuyển đổi luồng: chuyển đổi giữa các luồng thông tin giữa mạng IP và mạng chuyển mạch kênh bao gồm việc chuyển đổi mã hóa và triệt tiếng vọng. Chức năng dịch mã hóa: định tuyến các luồng thông tin giữa mạng IP và mạng SCN. Bảo mật thông tin: Đảm bảo tính riêng tư của kênh thông tin kết nối với GW. Đảm bảo tính riêng tư của kênh thông tin kết nối với GW. Kết cuối chuyển mạch kênh: bao gồm tất cả các phần cứng và giao diện cần thiết để kết cuối cuộc gọi chuyển mạch kênh, nó phải bao gồm các bộ mã hóa và giải mã PCM. Kết cuối chuyển mạch gói: chứa tất cả các giao thức liên quan đến việc kết nối kênh thông tin trong mạng chuyển mạch gói bao gồm các bộ mã hóa/ giải mã có thể sử dụng được. Theo chuẩn H.323 thì nó bao gồm RTP/RTCP và các bộ mã hóa giải mã như G.711, G.723.1, G.729 … Giao diện với mạng chuyển mạch kênh: Kết cuối các kênh mang từ mạng chuyển mạch kênh và chuyển nó sang trạng thái có thể điều khiển bởi chức năng xử lý kênh thông tin. Chức năng chuyển đổi kênh thông tin giữa IP và mạng chuyển mạch kênh: chuyển đổi giữa kênh mang thông tin thoại, fax, dữ liệu của mạng chuyển mạch kênh và các gói dữ liệu trong mạng chuyển mạch gói. Nó cũng thực hiện chức năng xử lý tín hiệu thích hợp ví dụ như: nén tín hiệu thoại, triệt tiếng vọng, triệt khoảng lặng, mã hóa, chuyển đổi tín hiệu fax và điều tiết tốc độ modem tương tự. Thêm vào đó, nó cũng thực hiện chuyển đổi giữa tín hiệu DTMF trong mạng chuyển mạch kênh và các tín hiệu thích hợp trong mạng chuyển mạch gói khi mà các bộ mã hóa tín hiệu thoại không mã hóa tín hiệu DTMF. Chức năng chuyển đổi kênh thông tin giữa IP và mạng chuyển mạch kênh cũng có thể thu thập thông tin về lưu lượng gói và chất lượng kênh đối với mỗi cuộc gọi để sử dụng trong việc báo cáo chi tiết và điều khiển cuộc gọi. OA&M: Vận hành, quản lý và bảo dưỡng, thông qua các giao diện logic cung cấp các thông tin không trực tiếp phục vụ cho điều khiển cuộc gọi tới các phần tử quản lý hệ thống. Chức năng quản lý: Giao diện với hệ thống quản lý mạng. Giao diện mạng chuyển mạch gói: Kết cuối mạng chuyển mạch gói. Bộ điều khiển cổng đa phương tiện MGC Mỗi GW có phần điều khiển được gọi là bộ điều khiển cổng đa phương tiện MGC đóng vai trò phần tử kết nối MGW, SGW và GK. Nó cung cấp các chức năng xử lý cuộc gọi cho GW, điều khiển MGW, nhận thông tin báo hiệu mạng chuyển mạch kênh từ SGW và thông tin báo hiệu từ IP từ GK. Bộ điều khiển cổng đa phương tiện có thể bao gồm các khối chức năng sau: Chức năng GW H.255.0: Truyền và nhận các bản tin H.255.0. Chức năng GW H.245: Truyền và nhận các bản tin H.245. Chức năng xác nhận: Thiết lập đặc điểm nhận dạng của người sử dụng thiết bị hoặc phần tử mạng. Chức năng điều khiển GW chấp nhận luồng dữ liệu: Cho phép hoặc không cho phép một luồng dữ liệu. Báo hiệu chuyển mạch gói: Bao gồm tất cả các loại báo hiệu cuộc gọi có thể thực hiện bởi các đầu cuối trong mạng. Ví dụ như theo chuẩn H.323 thì bao gồm: H.225.0, Q.931, H.225.0 RAS và H.245. Đối với một đầu cuối H.323 chỉ nhận thì nó bao gồm H.225.0 RAS mà không bao gồm H.245. Giao diện báo hiệu chuyển mạch gói: Kết cuối giao thức báo hiệu chuyển mạch gói (ví dụ như H.323, UNI, PNNI). Nó chỉ lưu lại vừa đủ các thông tin trạng thái để quản lý giao diện. Về thực chất, giao diện báo hiệu chuyển mạch gói trong MGWC không kết nối tực tiếp với MGW như là các thông tin truyền từ MGWC tới MGW thông qua chức năng điều khiển cuộc gọi. Điều khiển GW: Bao gồm các chức năng điều khiển kết nối logic, quản lý tài nguyên, chuyển đổi giao diện (ví dụ như từ SS7 sang H.225.0). Giám sát tài nguyên từ xa: Bao gồm giám sát độ khả dụng của các kênh trung kế của MGW, giải thông và độ khả dụng của mạng IP, tỉ lệ định tuyến thành công cuộc gọi. Quản lý tài nguyên MGW: Cấp phát tài nguyên cho MGW. Chức năng báo hiệu: Chuyển đổi giữa báo hiệu mạng IP và báo hiệu mạng SCN trong phối hợp hoạt động với SGW. Chức năng ghi các bản tin sử dụng: Xác định và ghi các bản tin báo hiệu và các bản thông tin truyền và nhận. Chức năng báo cáo các bản tin sử dụng: Báo cáo các bản tin sử dụng ra thiết bị ngoại vi. OA&M: Vận hành, quản lí và bảo dưỡng thông qua các giao diện logic cung cấp các thông tin không trực tiếp phục vụ cho điều khiển cuộc gọi tới các phần tử quản lý hệ thống. Chức năng quản lý: Giao diện với hệ thống quản lý mạng. Giao diện mạng chuyển mạch gói: Kết cuối mạng chuyển mạch gói. MG và MGC khác nhau ở các phần tử tài nguyên mức thấp và mức cao. MGC chịu trách nhiệm quản lý các tài nguyên mức cao, nó có thể hiểu được tính sẵn sàng của các tài nguyên và quyết định sử dụng chúng một cách hợp lý (ví dụ như các bộ triệt tiếng vọng được đặt trong GW VoIP chịu sự quản lý của MGC). MG chịu trách nhiệm quản lý các tài nguyên mức thấp như là các thiết bị phần cứng để chuyển mạch và xử lý luồng thông tin trong một GW. Cổng báo hiệu SG SG cung cấp kênh báo hiệu giữa mạng IP và mạng chuyển mạch kênh. Nó có thể hỗ trợ chức năng kênh báo hiệu giữa mạng IP (ví dụ như H.323) hoặc báo hiệu trong mạng chuyển mạch kênh (ví dụ như R2, CCS7). SG có thể bao gồm các khối chức năng sau: Kết nối các giao thức điều khiển cuộc gọi trong chuyển mạch kênh. Kết nối báo hiệu từ mạng chuyển mạch kênh: Phối hợp hoạt động với các chức năng báo hiệu của MGWC. Chức năng báo hiệu: Chuyển đổi giữa báo hiệu mạng IP với báo hiệu mạng chuyển mạch kênh khi phối hợp hoạt động với MGC. Bảo mật kênh báo hiệu: Bảo đảm tính báo mật của kênh báo hiệu từ GW. Chức năng thông báo: Ghi các bản tin sử dụng, xác định và ghi các bản tin thông báo ra thiết bị ngoại vi. OA&M: Vận hành, quản lý và bảo dưỡng thông qua các giao diện logic cung cấp các thông tin không trực tiếp phục vụ cho điều khiển cuộc gọi tới các phần tử quản lý hệ thống. Chức năng quản lý: Giao diện với hệ thống quản lý mạng. Giao diện mạng chuyển mạch gói: Kết nối mạng chuyển mạch gói. SG sẽ làm nhiệm vụ phân tích và chuyển các bản tin báo hiệu trong mạng PSTN vào mạng H.323. Các bản tin báo hiệu như ISUP, SCCP, TSUP được chuyển đổi thành dạng hợp lý tại GW báo hiệu và chuyển vào mạng IP. Gatekeeper Gatekeeper là một thực thể tùy chọn trong mạng H.323 để cung cấp các chức năng biên dịch địa chỉ và điều khiển truy nhập mạng cho các thiết bị đầu cuối H.323, các Gatekeeper và các MCU. Ngoài ra, Gatekeeper cũng có thể cung cấp các dịch vụ khác cho các phần tử mạng trên như quản lý băng thông hay định vị các Gateway. Về mặt logic, Gatekeeper là một thiết bị độc lập nhưng trong thực tế nó thường được tích hợp với các phần tử mạng khác trong cùng một thiết bị vật lý. Mỗi GK quản lý một vùng mạng, nếu trong mạng có một GK thì các điểm cuối phải đăng ký và sử dụng các dịch vụ do nó cung cấp. Một vùng mạng H.323 được hiểu như một tập hợp các node như đầu cuối, Gateway hay MCU. Một vùng được quản lý bởi một GK và các điểm cuối trong mạng phải đăng ký với GK này. Khi sử dụng Gatekeeper sẽ chỉ có duy nhất một Gatekeeper trong một vùng H.323 tại bất kỳ thời điểm nào cho dù có nhiều thiết bị có thể cung cấp chức năng này ở trong vùng đó. Nhiều thiết bị cung cấp chức năng boa hiệu RAS cho Gatekeeper được đề cập đến như là các Gatekeeper dự phòng. Gatekeeper cung cấp các dịch vụ cơ bản sau đây: Biên dịch địa chỉ: GK có thể biên dịch từ địa chỉ định danh sang địa chỉ truyền tải. Điều đó được thực hiện bằng một bảng biên dịch. Bảng này thường xuyên được cập nhật bằng các bản tin đăng ký của các điểm cuối trong vùng quản lý của Gatekeeper. Điều khiển đăng nhập: GK quản lý quá trình truy nhập mạng của các điểm cuối bằng các bản tin H.225.0. Điều khiển băng thông: GK quản lý băng thông của mạng bằng các bản tin H.225.0. Quản lý vùng: GK sẽ cung cấp các chức năng trên cho các đầu cuối được đăng ký với nó. Ngoài ra, Gatekeeper còn cung cấp một số dịch vụ tùy chọn khác: Báo hiệu điều khiển cuộc gọi: GK quyết định có tham gia vào quá trình báo hiệu cho cuộc gọi hay không. Cấp phép cho cuộc gọi: GK quyết định có cho phép cuộc gọi được tiến hành hay không. Quản lý băng tần. Quản lý cuộc gọi. Sửa đổi địa chỉ định danh. Biên dịch số được quay: GK sẽ chuyển các số được quay sang số E.164 hay số mạng riêng. Quản lý cấu trúc dứ liệu. KẾT LUẬN Cùng với sự phát triển của các công nghệ viễn thông, hệ thống chuyển mạch mềm ra đời với các tính năng ưu việt có thể khắc phục được phần lớn các hạn chế của hệ thống chuyển mạch kênh truyền thống. Vì vậy hệ thống chuyển mạch mềm đã trở thành một thành tố quan trọng bậc nhất trong mạng thế hệ sau NGN, việc ứng dụng công nghệ chuyển mạch mềm là điều tất yếu nhằm thỏa mãn sự gia tăng nhu cầu của khách hàng, đa dạng hóa và giảm giá thành dịch vụ. Tiểu luận đã trình bày tổng quan về một khía cạnh khác của kỹ thuật chuyển mạch, được nhìn nhận dưới góc độ điều khiển các hệ thống chuyển mạch. Chuyển mạch mềm tập trung vào hướng xây dựng và thiết kế các giao thức điều khiển kết nối và liên kết thiết bị mạng trong môi trường đa dịch vụ dựa trên nền IP. Chức năng của các nút điều khiển mạng chuyển mạch và các giao thức báo hiệu và điều khiển là những vấn đề cần nắm bắt. Trong phần cuối của tiểu luận đã chỉ ra một số ứng dụng thực tiễn của chuyển mạch mềm.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docKỹ Thuật Chuyển Mạch Mềm.doc